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技術 RFIDタグ内蔵タイヤ

出願人 株式会社ブリヂストントッパン・フォームズ株式会社
発明者 田村大祐酒井恵市大石教博水沼義博
出願日 2016年1月25日 (4年5ヶ月経過) 出願番号 2016-011787
公開日 2017年8月3日 (2年11ヶ月経過) 公開番号 2017-132292
状態 特許登録済
技術分野 デジタルマーク記録担体 タイヤ一般 アンテナの支持
主要キーワード 固定面側 二重ループ 波型形状 ビード端 RFIDタグリーダ ダブルタイヤ 重なり面 タイヤ中心軸
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年8月3日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (8)

課題

十分な通信距離を確保できるとともに、耐久性にも優れたRFIDタグを内蔵したタイヤを提供する。

解決手段

RFIDチップ11とアンテナ12とを備えたRFIDタグ10が内蔵されたタイヤにおいて、カーカスプライ導電性カーカスプライコード7aを有し、アンテナ12を、RFIDチップ11に接続される第1のアンテナ16と、第1のアンテナ16の外部に設けられて第1のアンテナ16に電磁波結合される第2のアンテナ17とから構成するとともに、第2のアンテナ17とカーカスプライコード7a間の距離をD、第2のアンテナ16とカーカスプライコード7aとの重なり面積をA、第2のアンテナの面積をS、重なり面積Aを第2のアンテナの面積Sで除した値をアンテナ重なり面積率R、距離Dをアンテナ重なり面積率Rで除した値を通信距離評価値Pとしたとき、2≦P<72とした。

概要

背景

従来、タイヤ内部に、RFIDチップとRFIDチップのアンテナピンに接続される外部アンテナとを備えたRFIDタグ埋設するとともに、外部アンテナと導電性を有するカーカスプライコード電磁波結合させ、無線通信にて、RFIDチップに記憶されたタイヤの情報を読み取る方法が行われている(例えば、特許文献1参照)。

概要

十分な通信距離を確保できるとともに、耐久性にも優れたRFIDタグを内蔵したタイヤを提供する。RFIDチップ11とアンテナ12とを備えたRFIDタグ10が内蔵されたタイヤにおいて、カーカスプライが導電性のカーカスプライコード7aを有し、アンテナ12を、RFIDチップ11に接続される第1のアンテナ16と、第1のアンテナ16の外部に設けられて第1のアンテナ16に電磁波結合される第2のアンテナ17とから構成するとともに、第2のアンテナ17とカーカスプライコード7a間の距離をD、第2のアンテナ16とカーカスプライコード7aとの重なり面積をA、第2のアンテナの面積をS、重なり面積Aを第2のアンテナの面積Sで除した値をアンテナ重なり面積率R、距離Dをアンテナ重なり面積率Rで除した値を通信距離評価値Pとしたとき、2≦P<72とした。

目的

本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、十分な通信距離を確保できるとともに、耐久性にも優れたRFIDタグを内蔵したタイヤを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

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請求項1

RFIDチップアンテナとを備えたRFIDタグが内蔵されたタイヤであって、前記タイヤのカーカスプライ導電性カーカスプライコードを有し、前記アンテナが、前記RFIDチップに接続される第1のアンテナと、前記第1のアンテナの外部に設けられて前記第1のアンテナに電磁界結合される第2のアンテナとを備え、前記第2のアンテナと前記カーカスプライコード間の距離をD、前記第2のアンテナとカーカスプライコードとの重なり面積をA、前記第2のアンテナの面積をS、前記重なり面積Aを前記第2のアンテナの面積Sで除した値をアンテナ重なり面積率R、前記距離Dを前記アンテナ重なり面積率Rで除した値を通信距離評価値Pとしたとき、前記通信距離評価値Pが2以上72未満であることを特徴とするRFIDタグ内蔵タイヤ。

請求項2

前記Pが3以上52未満であることを特徴とする請求項1に記載のRFIDタグ内蔵タイヤ。

請求項3

前記第2のアンテナの延長方向と前記カーカスプライコードの延長方向とが直交していることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のRFIDタグ内蔵タイヤ。

請求項4

前記第2のアンテナの形状が波型形状であることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載のRFIDタグ内蔵タイヤ。

技術分野

0001

本発明は、RFIDタグが内蔵されたタイヤに関するものである。

背景技術

0002

従来、タイヤ内部に、RFIDチップとRFIDチップのアンテナピンに接続される外部アンテナとを備えたRFIDタグを埋設するとともに、外部アンテナと導電性を有するカーカスプライコード電磁波結合させ、無線通信にて、RFIDチップに記憶されたタイヤの情報を読み取る方法が行われている(例えば、特許文献1参照)。

先行技術

0003

特表2005−535497号公報

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら、特許文献1に記載の方法によれば、外部アンテナがビード部近傍に設けられていることから、リム組時や突起乗り上げ時等のようにタイヤが大きく変形した時には、アンテナピンと外部アンテナとの接合部が破損して通信ができず、その結果、RFIDチップに記憶した情報が読み出せなくなってしまうといった問題点があった。
また、特許文献1では、外部アンテナとカーカスプライコードとの最適な位置関係が明確でないため、外部アンテナの位置によっては、十分な通信距離を確保することが困難であった。

0005

本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、十分な通信距離を確保できるとともに、耐久性にも優れたRFIDタグを内蔵したタイヤを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0006

一般に、導電性を有するカーカスプライコードをRFIDタグのアンテナとして利用する場合、カーカスプライコードと電磁波結合する外部アンテナとの電磁波結合の強さは、カーカスプライコードと電磁波結合する外部アンテナとの距離Dが短く、かつ、外部アンテナとカーカスプライコードとの重なり度合いが大きいほど長くなるといわれている。
すなわち、プライタグ距離Dが長い場合には、重なり度合いKを大きくすればRFIDタグの通信距離を長くすることができる。
しかしながら、本発明者らが検討したところ、プライ−タグ距離Dが短い場合には、重なり度合いを大きくすると、通信距離は、かえって低下することがわかった。
本発明者らは、鋭意検討の結果、外部アンテナとカーカスプライコードとの重なり度合いは、外部アンテナの面積Sに対する外部アンテナとカーカスプライコードとの重なり面積Aの割合(アンテナ重なり面積率R)で表せること、及び、プライ−タグ距離Dとアンテナ重なり面積率Rとの関係を適切に設定してやれば、実用に耐えうる通信距離を得るためのプライ−タグ距離D、外部アンテナの面積S、及び、外部アンテナとカーカスプライコードとの重なり面積Aの許容範囲を広くできるので、外部アンテナの設計の自由度を大幅に広げることができることを見出し、本発明に到ったものである。
すなわち、本発明は、RFIDチップと前記RFIDチップに接続されるアンテナとを備えたRFIDタグが内蔵されたタイヤであって、前記タイヤのカーカスプライが導電性のカーカスプライコードを有し、前記アンテナが、前記RFIDチップに接続される第1のアンテナと、前記第1のアンテナの外部に設けられて前記第1のアンテナに電磁界結合される第2のアンテナとを備え、前記第2のアンテナと前記カーカスプライコード間の距離をD、前記第2のアンテナとカーカスプライコードとの重なり面積をA、前記第2のアンテナの面積をS、前記重なり面積Aを前記第2のアンテナの面積Sで除した値をアンテナ重なり面積率R、前記距離Dを前記アンテナ重なり面積率Rで除した値を通信距離評価値Pとしたとき、前記通信距離評価値Pが2以上72未満であることを特徴とする。
なお、第2のアンテナの面積S及び重なり面積Aは、第2のアンテナのカーカスプライコードの作る面へ正射影の面積(投影面積)を指す。
このように、カーカスプライコードと電磁波結合する第2のアンテナとカーカスプライコードとを、通信距離評価値Pが2<P<72の範囲になるように電磁波結合させるとともに、アンテナのRFIDチップに接続される部位である第1のアンテナと第2のアンテナとを(機械的に結合させずに)電磁波結合させたので、実用に耐えうる十分な通信距離を確保することができる。また、本発明のRFIDタグは、タイヤが大きく変形した場合に破損し易い接合部がないので、耐久性を大幅に向上させることができる。

0007

また、前記Pを3以上52未満とすれば、実用に耐える通信距離を確実に得ることができる。
また、前記第2のアンテナの延長方向と前記カーカスプライコードの延長方向とを直交させたので、第2のアンテナの変形を小さくすることができ、その結果、アンテナの耐久性が向上した。
また、前記第2のアンテナの形状を波型形状としたので、タイヤの変形によるアンテナの破損を低減することができる。

0008

なお、前記発明の概要は、本発明の必要な全ての特徴を列挙したものではなく、これらの特徴群サブコンビネーションもまた、発明となり得る。

図面の簡単な説明

0009

本発明の実施の形態に係るタイヤを示す図である。
本発明によるRFIDタグを示す図である。
第1及び第2のアンテナの詳細を示す図である。
第1及び第2のアンテナとの関係を示す図である。
RFIDタグとカーカスプライとの関係を示す図である。
通信距離評価値の算出方法を示す図である。
プライ−タグ距離とアンテナ重なり面積率と通信距離指数及び通信距離評価値との関係示す表である。

実施例

0010

図1は、本実施の形態に係るタイヤ1を示す図で、2はトレッド部、3はベルト層、4はサイドウォール部、5はショルダー部、6はビード部、7はカーカスプライ、10は本発明によるRFIDタグである。
トレッド部2は、タイヤ1が路面と接する部分で、厚いゴム層から構成される。ゴム層の表面にはトレッドパターンが形成されている。
ベルト層3は、コードをゴム部材被覆したもので、タイヤ周方向剛性を保つ「たが効果」を持たせるために、トレッド部2とカーカスプライ7との間に複数層配置される。
サイドウォール部4は、トレッド部2とビード部6の間に設けられたゴム層で、ショルダー部5は、トレッド部2のサイドウォール部4側のゴム層である。
ビード部6は、一対のビードコア6aとビードフィラー6bとを備え、タイヤ1の中心を通るタイヤ中心軸に垂直な平面に対して対称に配置される。
ビードコア6aは、スチールワイヤの束をリング状に形成したものをゴム部材で被覆したもので、ビードフィラー6bは、ビード部6に剛性を与えるために、サイドウォール部4のゴム層とビードコア6aとカーカスプライ7との間に充填される断面が三角形のゴム部材である。
カーカスプライ7は、複数本の導電性のコード(以下、カーカスプライコードという)7aと、カーカスプライコード7aを被覆する被覆ゴム7bとから成る、タイヤの骨格を成す部材で、一対のビードコア6a間に、ビードコア6aを跨ぐように配置される。
カーカスプライ7の両端部は、それぞれ、ビードコア6aの周りにタイヤ1の内側から外側に折り曲げられて折り曲げ部7cを形成する。
後述するように、カーカスプライコード7aは、誘電体であるビードフィラー6bを構成するゴム部材及び被覆ゴム7bを介してRFIDタグ10のアンテナ12と電磁波結合され、RFIDタグ10のアンテナとして機能する。
RFIDタグ10は、図2に示すように、RFIDチップ11とRFIDチップ11に接続されるアンテナ12と、第1〜第3の固定部材13〜15とを備え、タイヤ1のサイドウォール部4の内側に装着されて、図外のリーダと通信する(図1参照)。
本例では、RFIDタグ10の装着位置としては、ビードコア6aよりも30mm上方、ビードフィラー6bの上端部から10mm下方、カーカスプライコード7aから4mmタイヤ外側とした。

0011

アンテナ12は、RFIDチップ11に接続される第1のアンテナ16と、第1のアンテナ16の外部に設けられる第2のアンテナ17とを備える。
本例では、図3(a)に示すように、使用周波数帯域幅を拡大する目的で、第1のアンテナ16を、それぞれ矩形二重ループアンテナとしている。
RFIDチップ11と第1のアンテナ16とは、PETなどのフィルム状の基板である第1の固定部材13上に形成される。
ここで、図2及び図3紙面側をタイヤ外面側、紙面の裏側をタイヤ内面側とする。
本例では、RFIDチップ11と第1のアンテナ16がタイヤ外面側、第1の固定部材13がタイヤ内面側に位置するように、RFIDチップ11と第1のアンテナ16とを第1の固定部材13上に形成した。
以下、図2及び図3の左右方向を左右方向(横方向ともいう)、上下方向を上下方向(縦方向ともいう)という。左右方向はタイヤ1の円周方向で、上下方向はタイヤ1の半径方向である。
本例では、第1の固定部材13を、縦がa1=6mm、横がa2=7mm、厚さがt=0.1mmのフィルムとしたが、第1の固定部材13の形状及び寸法長さについては、RFIDチップ11及び第1のアンテナ16の大きさや形状により適宜決定すればよい。

0012

第2のアンテナ17は、図3(b)に示すように、コの字型の電磁波結合部17aと、電磁波結合部17aの両端部から左,右方向に延長する一対の延長部17bとを備える。
延長部17bの延長方向については、特に限定はないが、導電性のコードであるカーカスプライコード7aの延長方向と直交する方向とすることが好ましい。
また、延長部17bの形状を、幅がw、ピッチがpの波型とするとともに、波型の折り返し部をR付けすれば、第2のアンテナ17のバネ性を高めることができるので、第2のアンテナ17の破断を低減することができ、RFIDタグ10の耐久性を一層向上させることができる。
第2のアンテナ17の全長L17としては、通信周波数波長の1/4以上にすることが、通信距離を確保する上で好ましい。通信周波数としては、2.45GHzやUHF帯(860〜960MHz)が主に用いられるが、本例では、通信周波数を920MHzとし、第2のアンテナ17の全長L17を128mm(2/5波長)とした。

0013

また、本例では、図3(c)に示すように、RFIDチップ11と第1のアンテナ16と第2のアンテナ17の電磁波結合部17aとを第2の固定部材14により固定するようにしている。第2の固定部材14としては、ナイロンなどの合成樹脂から成る被覆材固定面側接着剤を塗布したものが好適に用いられる。
第2の固定部材14は、RFIDチップ11と第1のアンテナ16と第2のアンテナ17の電磁波結合部17aとを第1の固定部材13とは反対側にて固定する。これにより、第1のアンテナ16と第2のアンテナ17との位置ズレを防止することができるとともに、第1の固定部材13上に形成されたRFIDチップ11と第1のアンテナ16とが、第2の固定部材14により被覆されるので、曲げ応力がかかりにくくなる。
したがって、RFIDタグ10の耐久性を大幅に向上させることができる。また、仮に、第2のアンテナ17が破損した場合でも、RFIDチップ11と第1のアンテナ16との接続部が破損することは殆どないので、RFIDチップ11を取出すことなく、RFIDチップ11に記憶された情報を確認することができる。
なお、RFIDチップ11と第1のアンテナ16と第2のアンテナ17の電磁波結合部17aとを、第1の固定部材13とは反対側及び第1の固定部材13側の両方から、第2の固定部材14により覆う構成としてもよい。

0014

また、図4に示すように、第1のアンテナ16の外側のループとコの字型の電磁波結合部17aとは略平行でかつ近接していることが好ましい。
具体的には、第1のアンテナ16の外側のループとコの字型の電磁波結合部17aとの距離d12を2mm以下とするとともに、第2のアンテナ17の第1のアンテナ16に近接(d12≦2mm)している領域の全長L2を、第1のアンテナ16の外周の長さL1の1/2以上とすることが好ましい。これにより、第1のアンテナ16と第2のアンテナ17とを確実に電磁波結合させることができる。
なお、第2の固定部材14の寸法長さとしては、第1の固定部材13よりも大きく、かつ、少なくとも第2のアンテナ17の電磁波結合部17aを含む大きさであればよく、延長部17bの一部を含んでもよい。本例では、第2の固定部材14の縦の長さをb1=10mm、横の長さをb2=10mm、厚さをT=1mmとした。

0015

ところで、カーカスプライコード7aの径を1mm、間隔を1mmとすると、第2のアンテナ17は、約60本のカーカスプライコード7aと交差していることになる。
カーカスプライコード7aは導電性のコードであるので、図5に示すように、第2のアンテナ17とカーカスプライコード7aの表面との距離(以下、プライ−タグ距離Dという)を、1mm〜30mmの範囲とすれば、第2のアンテナ17とカーカスプライコード7aとを十分に電磁波結合できるので、カーカスプライコード7aをRFIDタグ10の第3のアンテナとして機能させることができる。
D<1mmである場合には、カーカスプライコード7aとアンテナ12とは十分に電磁波結合するが、アンテナ12とカーカスプライコード7aとの距離が近すぎるため、タイヤが大きく変形した場合に、アンテナ12(特に、第2のアンテナ17)が破損してしまう恐れがある。一方、D>30mmである場合には、カーカスプライコード7aとアンテナ12との電磁波結合が不十分であるため、通信距離が短くなってしまうからである。
このように、プライ−タグ距離Dを上記の範囲とすれば、耐久性を損なうことなく、アンテナ12とカーカスプライコード7aと適正に電磁波結合できるので、カーカスプライコード7aをRFIDタグ10の第3のアンテナとして機能させることができる。
また、第3のアンテナであるカーカスプライコード7aは、隣接するカーカスプライコード7aと電磁波結合しているので、RFIDタグ10が埋設されたタイヤ側面のみならず、タイヤ上面やRFIDタグ10が埋設された側とは反対側の側面においても、読み取り機等の外部通信装置との通信が可能となる。
なお、後述するように、プライ−タグ距離Dの許容範囲は、アンテナ重なり面積率Rにより更に制限される。

0016

更に、本例では、図2及び図5に示すように、RFIDチップ11とアンテナ12(第1のアンテナ16と第2のアンテナ17)とを、ゴム製のシートから成る第3の固定部材15に内包するようにしているので、RFIDタグ10の破損を確実に防止できるだけでなく、RFIDチップ11とアンテナ12とを第3の固定部材15で内包した後に、RFIDタグ10をタイヤ1に組み込むようにすれば、RFIDタグ10を容易にかつ破損のおそれなくタイヤ1に組み込むことができる。

0017

ところで、実用に耐えうる通信距離を確保するためには、プライ−タグ距離Dと第2のアンテナとカーカスプライコード7aとの重なり度合いを考慮する必要がある。
本例では、第2のアンテナとカーカスプライコード7aとの重なり度合いの指標をアンテナ重なり面積率Rとした。
アンテナ重なり面積率Rは、第2のアンテナ17とカーカスプライコード7aとの重なり面積をA(mm2)、第2のアンテナ17の面積をS(mm2)とすると、R=A/Sで表せる。
図6に示す、第2のアンテナ17の黒く塗った部分が第2のアンテナとカーカスプライコード7aとの重なり部である。第2のアンテナの面積S及び重なり部の面積Aは、第2のアンテナのカーカスプライコードの作る面へ正射影の面積(投影面積)である。
本例では、この重なり面積をAとプライ−タグ距離Dとを用いて、通信距離が実用に耐えうる通信距離であるか否かを評価するための通信距離評価値Pを算出する。
通信距離評価値Pは、P=D/Rにより算出される。
通信距離評価値Pの範囲としては、2≦P<72とすることが好ましく、3≦P<52とすれば、更に好ましい。
このように、通信距離評価値Pを用いて実用に耐えうる通信距離が確保できるか否かを判定すれば、プライ−タグ距離Dとアンテナ重なり面積率Rの両方の範囲を限定する場合に比較して、実用に耐えうる通信距離を得るためのプライ−タグ距離D及びアンテナ重なり面積率Rの範囲を広くできるので、第2のアンテナの延長部17bの幅wやピッチp、あるいは、形状など、第2のアンテナの設計の自由度を大幅に広げることができる。

0018

[実施例]
図7(a)は、装着時におけるプライ−タグ距離Dを、1,4,5,10,15,20,25,30mmとし、アンテナ重なり面積率Rを0.29,0.35,0.6,0.64としたRFIDタグを準備し、各RFIDタグを、それぞれ、導電性のカーカスプライコードを有するタイヤのビードフィラー端よりも径方向下側でかつビード端よりも径方向外側に配置するとともに、各タイヤを車両に装着し、RFIDタグの通信距離を測定した結果を示す表で、図7(b)は、各RFIDタグの通信距離評価値Pを示す表である。
通信距離は、読み取り機(ATID社製RFIDタグリーダ)により、タグを支障なく読み取れるタイヤ表面からの距離である。表の値は、測定した通信距離を、実用に耐えうる通信距離を100としたときの指数で(通信距離指数)である。
ここで、実用に耐えうる通信距離とは、トラック後輪ダブルタイヤ)のうちの内側のタイヤにRFIDタグを装着した時に、トラックの外側から読み取り可能な距離を指す。
図7(a),(b)から、2≦P<72であるRFIDタグは、通信距離指数が全て100以上であり、3≦P<52であるRFIDタグは、通信距離指数が全て105を超えていることがわかる。
これに対して、P<2であるRFIDタグ、及び、P≧72であるRFIDタグは、いずれも、通信距離が実用に耐えうる通信距離よりも短いことがわかる。
これにより、通信距離評価値Pを2以上72未満とすれば、実用に耐えうる通信距離を確保できることが確認された。

0019

以上、本発明を実施の形態及び実施例を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は前記実施の形態及び実施例に記載の範囲には限定されない。前記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者にも明らかである。そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲から明らかである。

0020

例えば、前記実施の形態では、タイヤのデータを読み取るリーダとの間で無線通信するパッシブ型のRFIDタグ10について説明したが、本発明は、リーダ/ライタとの間でデータの送受信を行うアクティブ型のRFIDタグにも適用可能である。
また、前記実施の形態では、RFIDタグ10を、ビードコア6aよりも30mm上方、ビードフィラー6bの上端部から10mm下方に装着したが、RFIDタグ10の装着箇所これに限定されるものではなく、ビードコア6aとビードフィラー6bとの間であればよい。
また、前記実施の形態では、第2のアンテナ17の延長部17bの形状を波型としたが、螺旋状としてもよい。これにより、第2のアンテナ17のバネ性を更に高めることができるので、RFIDタグ10の耐久性を一層向上させることができる。

0021

1 タイヤ、2トレッド部、3ベルト層、4サイドウォール部、
5ショルダー部、6ビード部、6aビードコア、6bビードフィラー、
7カーカスプライ、7aカーカスプライコード、7b被覆ゴム、
7c 折り曲げ部、10RFIDタグ、11RFIDチップ、12アンテナ、
13〜15 第1〜第3の固定部材、16 第1のアンテナ、17 第2のアンテナ、
17a電磁波結合部、17b延長部。

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